[实用新型]研究推进剂燃烧特性的显微高速摄影装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种研究推进剂燃烧特性的显微高速摄影技术，主要针对推进剂及部分可燃材料燃烧过程中微观结构的观察。

背景技术

高速摄影技术是观察高速运动或高速变化过程必不可少的手段。就推进剂燃烧特性的研究而言，现有的高速摄影技术通常用于观察推进剂燃烧的一般过程，如火焰结构、火焰亮度、火焰颜色及火焰中燃烧粒子的扩散情况等。高速摄影在观察推进剂燃烧的一般过程的应用经验及实验成果已经有较多报道，浙江大学、西北工业大学、西安近代化学研究所、中国科学技术大学等研究机构利用高速摄影技术研究推进剂燃烧特点的成果^[1-3]表明，常规的高速摄影技术在该领域的应用已经较为成熟。然而，如果试图研究推进剂燃烧过程中更为微观的燃烧机理，一般的高速摄影技术难以满足观察及拍摄的要求：一方面，推进剂燃烧过程中的微观结构(燃面碳层、燃烧粒子、氧化剂分解等)的尺度多为微米级别，而现有的单一的微距镜头难以实现较高的放大倍率，无法观测上述细微结构，另一方面，由于推进剂的燃烧过程温度极高，火焰温度普遍高于2000K，即使采用较高放大倍率的微距镜头，也由于存在被损坏的潜在危险而无法对燃面、火焰进行抵近拍摄，此外，推进剂燃烧产生的羽烟也会导致拍摄的视频或照片质量严重下降。

参考文献

[1]李和平，杨卫娟，汪洋，等.含硼燃料在微小圆管中的点火燃烧特性[J].浙江大学学报(工学版).2014，48(5)：917-922.

[2]朱佳佳，王中，许云志，等.复合推进剂低压燃烧性能测试研究[J].科学技术与工程.2013，13(20):6034-6037.

[3]刘鑫，刘佩进，关昱，等.复合推进剂中铝的燃烧实验研究方法[J].固体火箭技术.2015,38(5)：833-836,856.

实用新型内容

本实用新型旨在解决两个问题：(1)实现高速摄影的显微拍摄功能；(2)消除推进剂燃烧对拍摄设备和影片质量的影响：其一是防止镜头抵近拍摄时被推进剂火焰灼伤；其二是消除推进剂燃烧羽烟对视频或照片画质的影响。

为了解决上述问题，本实用新型由拍摄镜头(I)、“对焦滑台-样品保护台”机构(II) 及其它测试组件(高速摄影机III、处理计算机IV、保护气源V)构成。所采用的技术方案是：(1)拍摄镜头为组合镜头：利用两组商品化的镜头进行组装，实现一般镜头不具备的显微放大功能；(2)“对焦滑台-样品保护台”机构：兼具辅助组装镜头对焦、防止推进剂火焰灼伤镜头、消除推进剂燃烧羽烟影响拍摄的功能。整个显微高速摄影系统的工作示意图见图 1。

组合镜头由商品化的微距镜头和长焦镜头对接组成：其中，长焦镜头为组合镜头的后镜 (I-B)，镜头卡口与高速摄影机连接(正接)；微距镜头为组合镜头的前镜(I-A)，微距镜头的镜头前沿内接螺纹通过对接环(I-D)与长焦镜头的镜头前沿内接螺纹连接(反接)，微距镜头卡口通过保护接圈(I-A2)加装滤光镜片(I-A1)，镜头装配示意图见图2。组合镜头放大功能的光学原理与显微镜类似(光路原理见图3)，通过组合镜头的对焦调整可实现在一定连续范围内的放大功能。

上述组合镜头尽管可以实现显微放大功能，但由于对焦范围较小，对焦距离较短，如果仅仅依靠组合镜头难以准确对焦，且组合镜头自身不具备防止烧蚀和消除推进剂燃烧羽烟的功能。故而本实用新型设计了“对焦滑台-样品保护台”机构(II)，由以下几部分组成：调焦滑台(II-E)、样品台(II-D)、石英样品管(II-C)、可更换的石英玻片(II-B)、石英保护罩(II-A)。调焦滑台上有辅助组合镜头的对焦旋钮(II-E1)，调节推进剂样品在显示器视窗中的位置的调整旋钮(II-E2)；样品台可利用预设狭缝(II-D1)夹持片状样品，或利用石英样品管(II-C)放置柱状样品；样品台上有进气孔(II-D2)外接保护气源(氩气或氮气)，测试时气流通过出气孔(II-D3)带走推进剂燃烧的羽烟以防止对拍摄的影响；石英保护罩 (II-A)和2块石英玻片(II-B)用于保护组合镜头免受推进剂火焰灼伤；“对焦滑台-样品保护台”机构的结构三视图见图4、图5，实际实施时，样品保护台应固定在对焦滑台上。

本实用新型的有益效果是：组合镜头可以实现显微放大功能，使用“对焦滑台-样品保护台”机构可准确对焦，并有效避免推进剂燃烧火焰对镜头的损伤和羽烟对拍摄的影响，从而实现具有显微效果的高速摄影拍摄。测试结束后只需更换石英玻片即可进行新的实验，且石英玻片通过清洗即可重复利用。

附图说明